Prise en compte de barrages-réservoirs dans un modèle global pluie-débit

• Auteur / Autrice : Jean-Luc Payan
• Direction : Charles Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'eau
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Institut national agronomique Paris-Grignon (1971-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inondations

Cours d'eau -- Jaugeage

Hydrologie

Mots clés libres

Modèle pluie-débit

Résumé

Les bassins versants influencés par la présence de barrages-réservoirs constituent les objets d'étude de cette thèse. L'objectif principal est de mettre au point une méthode de prise en compte, au sein d’un modèle pluie-débit global, de l'impact de retenues d’eau artificielles sur le comportement hydrologique du bassin versant. Un tel outil, simple dans sa conception, doit permettre d'améliorer la simulation des débits de bassins versants influencés et d'évaluer l’impact de barrages-réservoirs sur le régime hydrologique des cours d’eau, en particulier lorsque l'on se place loin à l’aval de l'ouvrage. La démarche adoptée est empirique dans le sens où l'on a cherché, sur une base de données de 46 bassins versants situés en France, aux Etats-Unis et au Brésil, à exploiter au mieux, dans la structure du modèle pluie-débit, une information simple sur les ouvrages, à savoir l'évolution temporelle des volumes stockés dans les retenues. La diversité des conditions hydro-climatiques présentes dans la base de données donne aux résultats obtenus un caractère assez général. Au cours de cette thèse, un grand nombre de solutions de prise en compte des barrages-réservoirs a été testé. Les résultats montrent que cette information sur les remplissages des ouvrages peut être utilement exploitée au sein d'une structure de modèle global pour améliorer la simulation des bassins influencés. Les solutions qui se sont révélées être les plus performantes n'engendrent pas de complexification de la structure initiale du modèle puisqu'aucun ajout de paramètre n'a été nécessaire. Des gains de performances significatifs ont été réalisés, en particulier sur la simulation des étiages. Il s'agit d'un résultat important de la thèse car il montre qu'il est possible de prendre explicitement en compte, dans un modèle pluie-débit global, les barrages-réservoirs présents sur le bassin versant. Nous avons ensuite essayé de comprendre le lien entre la méthode de prise en compte des barrages-réservoirs et certaines caractéristiques physiques des bassins versants et des ouvrages de stockage afin de tenter d'adapter la solution au bassin versant considéré. Les résultats de ces tests ont montré que ce lien est difficile à mettre en évidence et qu'à ce stade, une solution générique semble la plus efficace. La solution la plus performante a ensuite été évaluée sur un échantillon complémentaire de 31 bassins versants n'ayant pas servi à son développement. L'évaluation a confirmé l'intérêt de la méthode pour l'amélioration des simulations des débits mais a également montré sa sensibilité à la disponibilité des données de stockages ainsi qu'aux transferts interbassins inconnus.

This work focuses on catchments whose hydrological behaviour is affected by man-made reservoirs. The main objective is to find a way to account for dam operations in a lumped hydrological model. The resulting method should allow better simulations of influenced streamflows and hydrological impact assessment studies of man-made reservoirs, especially far downstream the dam. The proposed approach relies on a large database of 46 influenced catchments located in France, the United States and Brazil. Starting from an existing lumped rainfall-runoff model, we test different ways of incorporating storage variation data in the model. The diverse hydroclimatic conditions of the catchments guarantee the general applicability of the developed method. The results indicate that the use of storage data in a lumped rainfall-runoff model can improve streamflow simulations of influenced catchments. The introduction of this new input does not require any modification of the model structure (no parameters or functions were added). The improvement was more significant on low flows than on high flows. We tried to link the method of incorporating storage variation data in the model with physical characteristics of the catchments and reservoirs in order to adapt the method for a given catchment. The results showed that no clear links can be established between catchments or dams physical characteristics and the method used to account for dams in the model. The best solution developed was then assessed on a complementary set of 31 catchments. This assessment proved the efficiency of the solution developed to enhance influenced streamflow simulations but also showed it sensibility to storage data availability and unknown inter-catchment water transfers.